JP3577200B2 - 粉体供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体供給装置に関し、さらに詳細には、粉体中にほこり等の異物が混入した異常を検出できる粉体供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、粉体供給装置としては、超音波振動子を用いた超音波モータを利用したものが周知である。この粉体供給装置は、超音波振動子が共振周波数において、電気エネルギーによる圧電素子の機械的変形が起こることを利用して、振動体に機械的振動を発生させることで粉体を搬送している。すなわち、縦振動（長さ方向振動）と曲げ振動が同時に生じるように構成した超音波振モータに、共振振動数を有する交流駆動電圧を印加すると、先端に楕円振動を生じるので、その先端にパイプを取り付け、パイプ中に粉体を供給して、粉体を楕円振動により一定方向に搬送している。
【０００３】
そして、粉体の供給量は次のような制御により行なっている。すなわち、駆動電圧を間欠的に超音波モータに印加することにより、駆動電圧の１周期あたりの割合（デューティー比）を変化させることで、超音波モータへの出力を変化させ、粉体の供給量を制御している。例えば、共振周波数で発振している共振周波数発振回路と、例えば、デューティー比を変化させるためのデューティー比制御用クロック発生手段とのＡＮＤ （積）をとり、その出力を電力増幅して振動体に印加するのである。
【０００４】
さらに、上記制御の精度を向上させるため、図８のブロック図に示すよう制御システムでフィードバック制御が行なわれている。すなわち、荷重センサであるロードセル４０にて粉体重量を計測し、そのセンサ出力信号をロードセルアンプ４１で増幅した出力増幅信号をフィードバックし、Ａ／Ｄコンバータ４２を介してマイコンシステム４３（デューティー比制御手段）内にサンプリングする。そして、マイコンシステム４３内で出力増幅信号に基づき、算出されたデューティー比クロック信号により超音波駆動用の駆動回路１１が作動する。すると、駆動電圧信号が超音波モータ１に印加され、超音波モータ１が作動する。このとき、マイコンシステム４３がロードセル４０からの出力信号に基づき、最適なデューティー比を算出するので、粉体供給量を最適に制御することができる。
【０００５】
ここで、例えば、従来の粉体供給装置を用いて金属粉を工程に供給して表面加工するシステムでは、表面加工の後工程で平均粒径０．１ｍｍの金属粉中に０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の異物が混入しているか否かを検出している。そして、後工程で異物混入が検出されたときには、図８に示すシステムにより、粉体供給装置の検定を行っている。
すなわち、電子天秤５０上のビーカーに粉体を供給し、ＲＳ２３２Ｃ５２で接続したパソコン５１でリアルタイムで計測値を読み込んで、異常の発生をチェックする方法である。異物が混入している場合、詰まりが発生するため、瞬間的な供給量に大きな変動が起こり、それを観察することにより異物の混入を見つけることができるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子天秤５０で計測する方法では、パソコン５１でのサンプリングタイム０．１〜０．５秒毎に図９に示すように、供給量の大きい信号Ｌが計測される。これは、供給量は一定であるが、サンプリングパルスを発生したときに、供給量を計測できない瞬間があり、その瞬間の供給量が次の瞬間に加算されるために発生する現象である。そのため、異常が発生したときに、信号Ｌとの見分けがつきにくい問題があった。
また、この計測方法は粉体供給装置を実稼働させた状態であるインラインで行えないので、結局は後工程で異常が検出されるのみであった。このため、インラインにおいてリアルタイムで異常を検出可能なシステムが求められていた。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、粉体供給装置を実稼働しているときに異物が混入したことを検出可能な粉体供給装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の粉体供給装置は以下の構成を採っている。
（１）圧電素子に所定の共振周波数を印加すると先端部が楕円振動をする振動体と、該振動体の先端部に形成した粉体搬送路と、該粉体を貯蔵し該粉体搬送路に粉体を送り込むホッパとを有する粉体供給装置であって、粉体供給装置本体の重量を計測して、供給された粉体の重量を計測する供給量計測手段と、供給量計測手段が計測した粉体の重量変化を微分して、瞬間的な供給量を算出し出力する瞬間供給量検出手段とを有している。
【０００９】
（２）また、（１）に記載する装置において、前記瞬間供給量検出手段は、前記瞬間的な供給量が所定の閾値を越えたときに異常信号を出力することを特徴とする。
（３）また、（１）または（２）に記載する装置において、前記瞬間的な供給量を表示する瞬間供給量表示手段を有することを特徴とする。
【００１０】
次に、上記構成を有する粉体供給装置の作用を説明する。
振動体を構成する圧電素子に所定の共振周波数を印加すると、振動体の先端部が楕円振動をする。振動体の先端部には、パイプ状の粉体搬送路が保持されており、振動体先端部が楕円振動することにより、パイプ内の粉体が搬送される。パイプに対しては、ホッパから粉体が補給される。この供給装置によると、電圧をかけると瞬時に粉体の供給が始まり、電圧が遮断すると瞬時に粉体の供給が停止すると同時に、供給電圧と粉体の流量とはリニア関係にあるため、粉体を精度良く供給することができる。特に、常に一定流量を保つことができるため、金属表面加工のため金属粉を均一に供給する場合等に便利である。
【００１１】
供給量計測手段は、振動体、粉体搬送路、ホッパを含む粉体供給装置本体の重量をロードセル等によりリアルタイムで計測して、供給された粉体の重量を計測する。瞬間供給量検出手段は、供給量計測手段が計測した粉体の重量変化を微分して、瞬間的な供給量を算出し出力する。これにより、瞬間的な粉体流量を常に把握することができ、瞬間的な粉体流量を監視することにより、異物の混入を検出することができる。
【００１２】
例えば、瞬間供給量検出手段は、前記瞬間的な供給量が所定の閾値を越えたときに異常信号を出力する。粉体内に異物が混入している場合には、チューブ内で詰まり気味となり、瞬間的に流量が変化する。瞬間供給量検出手段は、この変化を検出して異常信号を出力する。
これにより、生産工程の制御コンピュータは異常を知り、ライン停止等を行うことができる。そして、不良品の発生を即時に止めることができ、また、ラインの正常稼働を早く開始できる。
また、瞬間供給量表示手段が常に瞬間的な供給量を表示しているので、作業者は、粉体供給装置が正常に稼働していることを確認することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施の形態である粉体供給装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。粉体供給装置の全体構成を図１に示し、粉体供給装置本体の構造を図４に示す。始めに、粉体供給装置本体の構造及び作用を説明する。
図４において、振動体１０は、いわゆるリニア型超音波モータであり、平板リング形状の圧電素子１を２枚、図示しない電極板を介して積層し、この両面を、略円柱状の金属ホーン２ａおよび略円筒状の金属バックホーン２ｂで挟んだ構造となっている。この振動体１０は、バックホーン２ｂと圧電素子１の中央部を貫通する透孔を経由して挿入され、一端がホーン２ａに締結されたボルト３によって、固定部材４に固定されている。
このホーン２ａの先端部２ｃは、二面取りされ、後述するパイプを貫挿するための貫通孔２ｄが設けられている。
【００１４】
貫通孔２ｄには、内部を粉体が流通する粉体供給パイプ２０が貫挿・固着されている。この粉体供給パイプ２０の図中左側の端部２１は、やや下方に屈曲させられており、図中右側から搬送された粉体Ｐがパイプ２０の端部２１から落下移動しやすいようにされている。
一方、パイプ２０の図中右側の端部２２は、逆にやや上方に屈曲させられ、ホッパ本体３０から供給される粉体Ｐを、容易に図中左側へ搬送できるようにされている。
【００１５】
ホッパ本体３０は、粉体Ｐを貯蔵し、パイプ２０へ徐々に粉体を供給するためのものであって、底部３１は漏斗状になっている。この底部３１にはチューブ３２がつながれており、チューブ３２の他端は、粉体供給パイプ２０の端部２２につながれている。従って、ホッパ本体３０に投入された粉体Ｐは、チューブ３２を経由して、パイプ２０に供給される。なお、チューブ３２は、振動体１０の振動を妨げないように屈曲自在の材質が選択され、本例では、ナイロンチューブを用いている。
【００１６】
図５に、振動体１０の入力インピーダンスの周波数特性を、インピーダンスアナライザで測定した結果を示す。この結果から、振動体１０の共振周波数Ｆｒは、約２９．４ｋＨｚであることが判る。この共振周波数Ｆｒで駆動した場合には、大きく振動する。一方、共振周波数から外れた周波数、即ち、非共振周波数で駆動した場合には、インピーダンスが高くなって駆動エネルギーが注入できないため、振動はほとんど生じない。従って、本実施例では、共振周波数と非共振周波数とを交互に印加して、振動体１０の駆動をオン／オフしている。ちなみに、非共振周波数を印加する期間に、駆動電圧を印加しないようにしても、同様に振動体１０の駆動をオン／オフすることができる。
【００１７】
ここで、振動体１０を共振周波数で駆動した場合の振動の様子を説明する。
共振周波数で圧電素子１を駆動すると、圧電素子が伸び縮みするため、振動体１０は、図６に示すように屈曲振動する。この振動は、図中上下方向への伸び縮みの振動（縦振動）と、図中横方向への曲げ振動（撓み振動）との合成振動である。
【００１８】
この振動の一周期分についてさらに詳細に説明すると、図７に示すように振動をしている。なお、図７では、先端部（図中下端部）の動きを判りやすくするため、先端中央部に黒点を打っている。まず、ｔ＝０（図７（ａ））では、先端部（黒点）は右側に位置するように曲げられている。ついで、１／４周期後のｔ＝π／２（図７（ｂ））では、振動体は縮み、先端部（黒点）は図中上側に位置している。さらに、ｔ＝π（図７（ｃ））では、先端部（黒点）が左側に位置するように曲げられている。さらに１／４周期後のｔ＝３π／２（図７（ｄ））では、振動体は伸び、先端部（黒点）は図中下側に位置している。従って、一周期分について黒点の動きをたどってゆくと、図７に示すように楕円運動をしていることが判る。
【００１９】
従って、この先端部にパイプを取り付け、パイプ中に粉体を供給すると、粉体は浮き上がりながらも図中左方向への加速を受けて、左側へ搬送されてゆくこととなる。
そして、共振周波数で駆動する時間割合を調整、即ち、デューティー比を変化させて、粉体搬送量（切り出し量）を調整する。このとき、ホッパ本体３０内の粉体Ｐの重量をロードセルにて計測し、その出力信号をマイコンシステムにフィードバックしている。このフィードバック信号を基にして、マイコンシステムで最適に算出されたデューティー比制御信号を駆動回路へ送り、デューティー比に応じた時間だけ駆動電圧ＶＡＣＴ を振動体１０に印加することによって、粉体Ｐの切り出し量及び実流量を制御している。マイコンシステム内には、デューティー比制御手段、フィーダキャリブレーション記憶装置手段、デューティー比算出手段、及びフィードバック手段を備えている。
【００２０】
振動体を構成する圧電素子１に所定の共振周波数を印加すると、振動体１の先端部が楕円振動をする。振動体１の先端部には、パイプ状の粉体搬送路２０が保持されており、振動体先端部が楕円振動することにより、パイプ２０内の粉体が搬送される。パイプ２０に対しては、ホッパ３０から粉体が補給される。
この供給装置によると、電圧をかけると瞬時に粉体の供給が始まり、電圧が遮断すると瞬時に粉体の供給が停止すると同時に、ロードセル４０の出力電圧と粉体の質量とは図３に示すように、リニアな関係にあるため、粉体を精度良く供給することができる。特に、常に一定流量を保つことができるため、金属表面加工のため金属粉を均一に供給する必要がある場合等に便利である。
【００２１】
次に、本発明の主要部である瞬間供給量の検出方法について説明する。本発明の粉体供給装置は、図１に示すように、ロードセル４０の出力をロードセルアンプ４１で増幅した後、ハード回路で構成された微分回路４４に入力している。微分回路４４は増幅されたアナログデータをハード的に微分する一般的な回路であり、詳細な説明を省略する。
ロードセル４０は、粉体Ｐの減少量をリアルタイムで計測しており、その減少量を微分回路４４により微分することにより、粉体供給装置が供給している粉体Ｐのサンプリング時間当たりの供給量をリアルタイムで知ることができる。微分回路４４では、１．０ｇ／秒の供給量を１．０Ｖに校正している。
微分回路４４の出力は、マイコンシステム４３に出力されると同時に、表示器４５に出力されている。
マイコンシステム４３は、供給量がプラス５％以上に変化したとき、またはマイナス５％以下に変化したときに異常と判断して、異常信号を出力する瞬間供給量検出プログラムを有している。
【００２２】
次に、その作用を説明する。図２に微分回路４４の出力電圧を示している。正常なときは供給量はほとんど一定であり、微分回路４４の出力値は、閾値プラスマイナス５％以内に入っている。異物混入異常が発生した場合、微分回路４４の出力電圧は、図２のＥで示すような異常値を示し、閾値をオーバーする。マイコンシステム４３の瞬間供給量検出プログラムは、この電圧を異常と判断して、ラインの制御コンピュータに対して異常信号を出力する。
０．５〜１ｍｍ粒径の異物が混入した場合、図２に示すように、初期の段階から閾値をオーバーするため、異常を発生の初期段階で検出できるため、不良品の発生を減らすことができる。
【００２３】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の粉体供給装置によれば、圧電素子１に所定の共振周波数を印加すると先端部が楕円振動をする振動体１０と、振動体１０の先端部に形成した粉体供給パイプ２０と、粉体Ｐを貯蔵し粉体供給パイプ２０に粉体Ｐを送り込むホッパ３０とを有する粉体供給装置であって、粉体供給装置本体の重量を計測して、供給された粉体Ｐの重量を計測するロードセル４０と、ロードセル４０が計測した粉体Ｐの重量変化を微分して、瞬間的な供給量を算出し出力する瞬間供給量検出手段とを有しているので、瞬間的な粉体流量を常に把握することができ、瞬間的な粉体流量を監視することにより、異物の混入を検出することができる。
【００２４】
また、本実施の形態の粉体供給装置によれば、瞬間供給量検出手段は、瞬間的な供給量が所定の閾値を越えたときに異常信号を出力するので、粉体内に混入していた異物がパイプ内で詰まり気味となり、瞬間的に流量が変化したとき、この変化を検出して異常信号を出力するので、生産工程の制御コンピュータは異常を知り、ライン停止等を行うことができる。そして、不良品の発生を即時に止めることができ、また、ラインの正常稼働を早く開始できる。
また、本実施の形態の粉体供給装置によれば、瞬間的な供給量を表示する瞬間表示器４５を有しているので、作業者は、粉体供給装置が正常に稼働していることを確認することができる。
【００２５】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、表示器４５内に閾値との比較判断手段を設けても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の粉体供給装置によれば、圧電素子に所定の共振周波数を印加すると先端部が楕円振動をする振動体と、振動体の先端部に形成した粉体搬送路と、粉体を貯蔵し粉体搬送路に粉体を送り込むホッパとを有する粉体供給装置であって、粉体供給装置本体の重量を計測して、供給された粉体の重量を計測する供給量計測手段と、供給量計測手段が計測した粉体の重量変化を微分して、瞬間的な供給量を算出し出力する瞬間供給量検出手段とを有しているので、瞬間的な粉体流量を常に把握することができ、瞬間的な粉体流量を監視することにより、異物の混入を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態である粉体供給装置の構成を示すブロック図である。
【図２】微分回路４４の出力信号図である。
【図３】ロードセル４０の出力電圧と粉体供給装置の質量との関係を示すデータ図である。
【図４】粉体供給装置本体の構成を示す断面図である。
【図５】振動体１０の入力インピーダンスの周波数特性を示すデータ図である。
【図６】振動体１０の駆動の第１説明図である。
【図７】振動体１０の駆動の第２説明図である。
【図８】従来の粉体供給装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の粉体供給装置の検定方法を示すデータ図である。
【符号の説明】
１ 圧電素子
２ａ 金属ホーン
２ｂ バックホーン
２ｃ 先端部
２ｄ 貫通孔
３ ボルト
４ 固定部材
２０，２１ 粉体供給パイプ
３０ ホッパ本体
３１ 底部
３２ チューブ
４０ ロードセル
４３ マイコンシステム
４４ 微分回路
４５ 表示器
Ｐ 粉体

Claims (3)

1. 圧電素子に所定の共振周波数を印加すると先端部が楕円振動をする振動体と、該振動体の先端部に形成した粉体搬送路と、該粉体を貯蔵し該粉体搬送路に粉体を送り込むホッパとを有する粉体供給装置において、
   粉体供給装置本体の重量を計測して、供給された粉体の重量を計測する供給量計測手段と、
   前記供給量計測手段が計測した粉体の重量変化を微分して、瞬間的な供給量をリアルタイムで算出し出力する瞬間供給量検出手段とを有することを特徴とする粉体供給装置。
2. 請求項１に記載する粉体供給装置において、
   前記瞬間供給量検出手段は、前記瞬間的な供給量が所定の閾値を越えたときに異常信号を出力することを特徴とする粉体供給装置。
3. 請求項１また請求項２に記載する粉体供給装置において、
   前記瞬間的な供給量を表示する瞬間供給量表示手段を有することを特徴とする粉体供給装置。

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